Ten protokół opisuje opartą na cytometrii przepływowej, wysokoprzepustową metodę przesiewową w celu identyfikacji małocząsteczkowych leków, które hamują aktywację integryny β2 na ludzkich neutrofilach.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
Ten protokół opisuje opartą na cytometrii przepływowej, wysokoprzepustową metodę przesiewową w celu identyfikacji małocząsteczkowych leków, które hamują aktywację integryny β2 na ludzkich neutrofilach.
Ten protokół ma na celu ustanowienie metody identyfikacji małych molekularnych antagonistów aktywacji integryny β2, wykorzystując przeciwciała zgłaszające zmiany konformacyjne i wysokoprzepustową cytometrię przepływową. Metoda ta może również służyć jako przewodnik dla innych wysokoprzepustowych metod badań przesiewowych opartych na przeciwciałach. Integryny β2 to cząsteczki adhezyjne specyficzne dla leukocytów, które mają kluczowe znaczenie w odpowiedziach immunologicznych. Neutrofile polegają na aktywacji integryny, aby opuścić krwioobieg, nie tylko w celu zwalczania infekcji, ale także w celu wzięcia udziału w wielu chorobach zapalnych. Kontrolowanie aktywacji integryny β2 stanowi realne podejście do leczenia chorób zapalnych związanych z neutrofilami. W tym protokole przeciwciało monoklonalne, mAb24, które specyficznie wiąże się z głowicą o wysokim powinowactwie integryn β2, jest wykorzystywane do ilościowego oznaczania aktywacji integryny β2 na izolowanych pierwotnych ludzkich neutrofilach. N-formylometylo-leucylo-fenyloalanina (fMLP) jest stosowana jako bodziec do aktywacji integryn β2 neutrofili. W badaniu wykorzystano wysokoprzepustowy cytometr przepływowy, zdolny do automatycznego uruchamiania próbek z płytek 384-dołkowych. Wpływ 320 substancji chemicznych na hamowanie integryny β2 ocenia się w ciągu 3 godzin. Dzięki temu podejściu można zidentyfikować cząsteczki, które są bezpośrednio ukierunkowane na integryny β2 lub cząsteczki docelowe w inicjowanym przez receptor białkowym białku G szlaku sygnalizacji aktywacji integryny od wewnątrz na zewnątrz.
Wiele chorób zapalnych charakteryzuje się infiltracją neutrofili w miejscu obrzęku lub urazu1. Aby przeniknąć do tych tkanek, neutrofile muszą przejść przez kaskadę rekrutacji neutrofili, która obejmuje zatrzymanie do śródbłonka, wynaczynienie przez ścianę naczynia i rekrutację do tkanki2. Krążące neutrofile potrzebują aktywacji integryny β2, aby zakończyć tę kaskadę, szczególnie w fazie zatrzymania. Tak więc leki hamujące integryny, które zmniejszają adhezję neutrofili, wynaczynienie i rekrutację, mogą skutecznie leczyć choroby zapalne3,4.
β2 integryny były już wcześniej celem chorób zapalnych. Efalizumab, przeciwciało monoklonalne skierowane bezpośrednio przeciwko integrynie αLβ2, zostało opracowane w leczeniu łuszczycy5. Jednak efalizumab został wycofany ze względu na jego śmiertelny skutek uboczny - postępującą wieloogniskową leukoencefalopatię wynikającą z reaktywacji wirusa JC6,7. Nowe terapie przeciwzapalne oparte na integrynach powinny uwzględniać utrzymanie funkcji przeciwinfekcyjnych leukocytów w celu zminimalizowania skutków ubocznych. Skutki uboczne efalizumabu mogą wynikać z przedłużonego krążenia przeciwciał monoklonalnych w krwiobiegu, które mogą hamować funkcje immunologiczne w dłuższej perspektywie8. Niedawne badanie pokazuje, że efalizumab pośredniczy w sieciowaniu αLβ2 i niepożądanej internalizacji integryn α4, zapewniając alternatywne wyjaśnienie skutków ubocznych9. Tak więc krótkowieczni, małocząsteczkowi antagoniści mogą uniknąć tego problemu.
Przedstawiono tutaj wysokoprzepustową metodę badania małocząsteczkowych antagonistów integryny β2 przy użyciu ludzkich neutrofili. Aktywacja integryny β2 wymaga zmian konformacyjnych ektodomeny integryny, aby uzyskać dostęp do liganda i zwiększyć jego powinowactwo wiązania. W kanonicznym modelu switchblade, ektodomena wygiętej integryny najpierw rozciąga się do konformacji rozszerzonej-zamkniętej, a następnie otwiera swoją głowicę do w pełni aktywowanej konformacji rozszerzonej-otwartej10,11,12,13. Istnieje również alternatywna ścieżka, która zaczyna się od zagiętego zamkniętego do wygiętego-otwartego i rozszerzonego-otwartego, ostatecznie14,15,16,17,18,19. Przeciwciało specyficzne dla konformacji mAb24 wiąże się z epitopem w ludzkiej domenie podobnej do β2-I, gdy głowica ektodomeny jest otwarta20,21,22,23.
Tutaj mAb24-APC służy do określenia, czy integryny β2 są aktywowane. Aby aktywować neutrofile i integrynę, N-formylometylo-leucylo-fenyloalanina (fMLP), krótki peptyd chemotaktyczny pochodzenia bakteryjnego, który może aktywować integryny β2 neutrofili24, jest używany jako bodziec w tym protokole. Kiedy fMLP wiąże się z Fpr1 na neutrofilach, aktywowane są kaskady sygnałowe obejmujące białka G, fosfolipazę Cβ i γ kinazy fosfoinozytolu. Te zdarzenia sygnalizacyjne ostatecznie skutkują aktywacją integryny poprzez szlak sygnalizacyjny inside-out18,25. Oprócz małocząsteczkowych antagonistów, którzy bezpośrednio wiążą się z integrynami β2 i zapobiegają zmianom konformacyjnym aktywacji integryny26, za pomocą tej metody wykryte zostaną również związki, które mogą hamować składniki szlaku sygnalizacji aktywacji integryny β2 inside-out. Zautomatyzowane cytometry przepływowe umożliwiają wysokoprzepustowe badania przesiewowe. Identyfikacja nowych antagonistów może nie tylko pogłębić naszą wiedzę na temat fizjologii integryny, ale także zapewnić wgląd w translacyjny wgląd w terapię przeciwzapalną opartą na integrynie.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Heparynizowane próbki krwi pełnej zostały pobrane od niezidentyfikowanych zdrowych dawców ludzkich po uzyskaniu świadomej zgody, zatwierdzonej przez Institutional Review Board of UConn Health, zgodnie z zasadami Deklaracji Helsińskiej. Uzyskano świadomą zgodę od wszystkich dawców. Kryteria włączenia/wykluczenia dla tego badania zostały starannie opracowane, aby zapewnić odpowiednią kwalifikację uczestników i zminimalizować potencjalne ryzyko. Uprawnieni uczestnicy byli w wieku od 18 do 65 lat, niezależnie od pochodzenia etnicznego, biegle posługiwali się językiem angielskim i byli zdolni do wyrażenia świadomej zgody. Wykluczeni uczestnicy obejmowali osoby, które nie były w stanie wyrazić świadomej zgody dla siebie, takie jak osoby wymagające prawnie upoważnionego przedstawiciela, osoby poniżej 18 roku życia lub powyżej 65 lat, osoby osadzone w więzieniach i kobiety w ciąży. Dodatkowo uczestnicy musieli być wolni od stosowania leków przeciwzapalnych i stanów zapalnych. Obecne infekcje lub trwające przewlekłe lub ostre stany zapalne były również kryteriami wykluczenia. Wreszcie, osoby z aktualną lub niedawną historią zakażenia COVID-19 nie kwalifikowały się do badania. Kryteria te zostały opracowane w celu zapewnienia bezpieczeństwa i przydatności uczestników przy jednoczesnej minimalizacji potencjalnych czynników zakłócających, które mogłyby mieć wpływ na wyniki badania.
1. Przygotowanie odczynników
2. Izolacja neutrofili z ludzkiej krwi
3. Przygotowanie płytki 384-dołkowej
4. Leczenie komórek
5. Cytometria przepływowa
6. Analiza danych
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Dane z reprezentatywnego przesiewu na płytce 384-dołkowej (Rycina 4) wykazały, że kontrole negatywne miały MFI dla mAb24-APC wynoszące 3236 ± 110, podczas gdy kontrole pozytywne miały MFI dla mAb24-APC wynoszące 7588 ± 858. Współczynnik Z' dla tej płytki wynosi około 0,33, co mieści się w dopuszczalnym zakresie31. Niemniej jednak, Z' wymaga dalszej walidacji w testach wtórnych.
W celu normalizacji danych wszystkie wartości zostały przeskalo...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Inicjacja i zakończenie stymulacji i barwienia neutrofili jest determinowane przez dodanie neutrofili i utrwalacza PFA. Dlatego tak ważne jest zapewnienie takiego samego odstępu czasu między pipetowaniem neutrofili lub PFA do każdej kolumny. Gwarantuje to, że czas stymulacji i barwienia neutrofili z każdej studzienki pozostaje stały. Ze względu na krótką żywotność neutrofili cały eksperyment, od pobrania krwi od dawców do zakończenia cytometrii przepływowej, musi zostać przeprowadzony tego samego dnia. Neutrofile są bard...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy deklarują brak konkurencyjnych interesów finansowych.
Dziękujemy dr Evanowi Jellisonowi i pani Li Zhu z centrum cytometrii przepływowej w UConn Health za ich pomoc w cytometrii przepływowej, dr Lynn Puddington z Wydziału Immunologii UConn Health za wsparcie instrumentów, Pani Sławie Gajewskiej i dr Paulowi Appletonowi z centrum badań klinicznych w UConn Health za ich pomoc w uzyskaniu próbek krwi. Dziękujemy dr Christopherowi "Kit" Boninowi i dr Genewie Hargis z UConn School of Medicine za ich pomoc w pisaniu naukowym i redagowaniu tego manuskryptu. Badania te były wspierane przez granty z National Institutes of Health, National Heart, Lung, and Blood Institute (R01HL145454), National Institute of General Medical Sciences (P20GM121176), USA, Career Development Award od American Heart Association (18CDA34110426) oraz fundusz startowy od UConn Health. Rysunek 1 został utworzony za pomocą BioRender.com.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Pipety 16-kanałowe | Thermo | 4661090N | |
| Instrument 384-dołkowa płytka | Greiner | 784201 | Materiały |
| APC anty-ludzkie CD11a/CD18 (LFA-1) Klon przeciwciała: m24 | BioLegend | 363410 | Odczynniki |
| Bravo Zautomatyzowana platforma do obsługi cieczy | Agilent | 16050-102 | 384 wielokanałowa wirówka do obsługi cieczy |
| Eppendorf | Model 5810R | Przepływ przyrządu | |
| Jo | Becton, Dickinson & Firma | NA | Software |
| Roztwór albuminy ludzkiej surowicy (25%) | Odczynniki GeminiBio | 800-120 | |
| Lifitegrast | Thermofisher | 50-208-2121 | Odczynniki |
| Nexinhib20 | Tocris | 6089 | Odczynniki |
| N-Formyl-Met-Leu-Phe (fMLP) | Sigma | F3506 | Odczynniki |
| Paraformaldehyd 16% roztwór | Mikroskopia elektronowa Sciences | 15710 | Odczynniki |
| Wiadra płytkowe | Eppendorf | UL155 | Akcesorium |
| Wytrząsarka do płytek | Fisher | 88-861-023 | Instrument |
| PolymorphPrep | PROGEN | 1895 (poprzedni 1114683) | |
| Odczynniki Biblioteka chemiczna Prestwick Płytki złożone (10 mM) | Biblioteki chemiczne Prestwick | Ver19_384 | 1520 małych cząsteczek, 98% zatwierdzonych do obrotu leków (zatwierdzone przez FDA, EMA, JAN i inne agencje) |
| RPMI 1640 Medium, bez czerwieni fenolowej | Odczynniki Gibco | 11-835-030 | |
| Wirnik czerpako-huśtawkowy | Analizator komórek Eppendorf | A-4-62 | Rotor |
| ZE5 | Instrument Bio-Rad Laboratories | Model ZE5 |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.